安全性を確保しつつ、自動車の燃費改善または構造物の小型化を実現するため、最も多く使われている鉄鋼材料の高強度化が求められる。これまで合金組成や熱処理プロセス条件を変えることで材料全体の平均的な組織制御が行われてきたが、ナノスケールの組織制御が未成熟である。本研究では、これまでの実験調査で困難であったナノスケールの構造・組成不均一性の生成挙動を調査し、高強度鋼組織制御の指針構築に取り組んだ。

従来では鉄鋼材料の組織制御は経験的な条件に基づくことが多いが、本研究では熱力学・速度論・結晶学などの知識に基づき鉄鋼材料におけるナノスケールの組成・構造不均一性の挙動を解明した。

• 様々な先端技術を組み合わせた多面的解析手法で実験調査を行い、ナノスケールの構造・組成不均一性の生成挙動を調査した。
• 実験結果をもとに、熱力学・速度論・結晶学などの観点で解析を行うことにより、その不均一性におよぼす諸因子の影響を解明した。
• 実験解析に留まらず、熱力学データを活用してその挙動の再現、さらに予測ができるような理論計算も同時に実施した。

鉄鋼材料の高強度化に基づき、自動車をはじめとした輸送機器の軽量化または構造物の小型化が可能となり、素材製造や輸送分野のCO2削減の観点でカーボンニュートラルの実現への貢献が期待される。

主に放射光の回折を用いて、高い精度で構造観測を行います。エピタキシャル薄膜や固液界面など，計測技術が確立していない測定対象を見るのが特徴です。

大強度の放射光と，情報科学を併用することで，標準的なX線構造解析の手法が適用できない物質の構造を明らかにします。

• 周期性が完全でない物・表面や界面の構造解析を行う。
• 有機半導体の表面構造緩和
• 酸化物の界面構造
• ある程度平滑な表面（AFMで見える程度，ステップ表面）があれば、その表面近傍の構造を非破壊・非接触で0.01nmの精度で決める事が可能

固液界面でのプロセスの進行過程を見るような応用が考えられます。 図1:測定セットアップ，図2：20ms露光でのX線反射率測定による固液界面構造観測例

安全性を確保しつつ、自動車の燃費改善または構造物の小型化を実現するため、最も多く使われている鉄鋼材料の高強度化が求められる。これまで合金組成や熱処理プロセス条件を変えることで材料全体の平均的な組織制御が行われてきたが、ナノスケールの組織制御が未成熟である。本研究では、これまでの実験調査で困難であったナノスケールの構造・組成不均一性の生成挙動を調査し、高強度鋼組織制御の指針構築に取り組んだ。

従来では鉄鋼材料の組織制御は経験的な条件に基づくことが多いが、本研究では熱力学・速度論・結晶学などの知識に基づき鉄鋼材料におけるナノスケールの組成・構造不均一性の挙動を解明した。

• 様々な先端技術を組み合わせた多面的解析手法で実験調査を行い、ナノスケールの構造・組成不均一性の生成挙動を調査した。
• 実験結果をもとに、熱力学・速度論・結晶学などの観点で解析を行うことにより、その不均一性におよぼす諸因子の影響を解明した。
• 実験解析に留まらず、熱力学データを活用してその挙動の再現、さらに予測ができるような理論計算も同時に実施した。

鉄鋼材料の高強度化に基づき、自動車をはじめとした輸送機器の軽量化または構造物の小型化が可能となり、素材製造や輸送分野のCO2削減の観点でカーボンニュートラルの実現への貢献が期待される。

• 金属材料の性質は、材料を構成する微細組織によって大きく変化します。我々は、従来型のバルク材の結晶構造・組成・粒径等の制御のみならず、結晶界面の構造やサブナノ領域の局所的組成など原子レベルでの先進的組織制御により、強度と延靱性に優れた構造用金属材料の設計・開発を、鉄鋼を中心に行っています。特に、結晶界面（粒界や異相界面）を制御する新しい観点から、相変態・再結晶を用いた結晶粒微細化の指導原理を構築するべく基礎的研究、豊富な資源としての軽元素の機能の基礎的理解と有効活用による鉄鋼およびチタン合金の更なる高機能化の研究を行っています。

熱処理や塑性加工を用いた鉄鋼や非鉄金属の高機能化、鉄鋼の表面硬化処理、金属組織に関する各種解析などを専門としており、この経験を生かして少しでも産業界の役に立てればと願っています。

• 金属、セラミックスにおける状態図の実験的決定と計算状態図の研究を行っています。状態図を基に、優れた性能や特異な機能性を有する新しい構造材料（鉄合金、銅合金、耐熱材料etc.）や機能材料（形状記憶合金、超弾性合金etc.）の提案と、ミクロ組織制御・特性評価を通した材料設計を行っています。特に、相変態を利用した単結晶製造方法の開発や、新規形状記憶合金の開発と制震部材への展開などに取り組んでいます。

新規材料開発における基盤技術として、相平衡や状態図を知りたい、ミクロ組織と特性の関係を明らかにしたい、といったニーズに対して連携の可能性があります。

格子欠陥定量解析法として極めて高い計測精度を誇るウィークビーム走査透過電子顕微鏡（WB-STEM）法の中で放射化試料・核燃試料の微細組織（転位および照射欠陥集合体など）を定量解析する技術を開発しました。
カートリッジ式の加熱炉の温度計測と電流制御を完全自動化した専用の加熱試料ホルダーとの組み合わせで、高い信頼性の温度履歴と一緒に転位組織の変化を動的にその場計測できます。

従来TEM法では逆空間や転位論などの専門知識を必要としましたが、我々のWB-STEM法では膜厚計測や転位ループ特徴抽出など自動解析ソフトウェアを実装しており、簡便かつ高精度な照射欠陥分析ができます。

• WB-STEM法は、その設計当初から原子力材料を取り扱う放射線管理区域内での、実装とオンサイト修理を想定して特殊孔径絞りや回折ディスク選択装置、制御・解析ソフトウェアを開発しています。
• 欧州炉RPV監視試験片、米国研究炉中性子照射材など世界中の放射化試料の照射欠陥分析を受け入れています。
• 廃炉事業に鉄含有核燃料模擬デブリの性状分析にも活用されています。

現在、透過電子顕微鏡を用いて組織観察を実施している研究組織が新たに特殊改造によってWB-STEM法を導入することをサポートをします。透過電子顕微鏡の使用実績の無い研究者に転位分析の手順を指導します。

• Ｘ 線用の回折格子を用いた新しいイメージング法（ 小角Ｘ線散乱コントラストイメージング法）により、画像検出器の空間分解能を1000 ? 10000 倍上回るnm オーダーの構造情報を非破壊で定量的に取得することに成功しています。軟組織の診断を含む医療診断や、ソフトマテリアルを含む材料の研究・開発、農作物、食品などの研究・開発、光学素子の精密評価など、様々な応用展開を期待しています。

医療診断機器の開発、有機・無機材料の研究・開発、農林水産業、食品加工業など、様々な応用分野との産学連携の可能性を期待しています。